我々は遺伝的にウスチラゴがmaydisスマット菌を操作する堅牢な遺伝子置換戦略を説明します。このプロトコルは、感染症の表現型を調べるために、欠失変異体を生成する方法について説明します。蛍光タンパク質タグをコードする配列を付加することによって、 例えば 、任意の所望の方法で遺伝子を修正するために拡張することができます。
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我々は遺伝的にウスチラゴがmaydisスマット菌を操作する堅牢な遺伝子置換戦略を説明します。このプロトコルは、感染症の表現型を調べるために、欠失変異体を生成する方法について説明します。蛍光タンパク質タグをコードする配列を付加することによって、 例えば 、任意の所望の方法で遺伝子を修正するために拡張することができます。
遺伝子欠失は、遺伝子機能の解析に重要な役割を果たしています。目的の方法で遺伝子を破壊するための最も効率的な方法の一つは、相同組換えを介して選択可能なマーカーで遺伝子全体の交換です。相同組換えの際に、DNAの交換は、高い類似性を有する配列との間で行われます。従って、標的遺伝子に隣接する線形ゲノム配列は、具体的には、所望の組込み部位を選択可能なマーカーを指向するために使用することができます。欠失コンストラクトの平滑末端は細胞のDNA修復系を活性化し、それによって、相同組換えを介して、または非相同末端接合のいずれかによって、構築物の統合を促進します。効率的な相同組換えを有する生物では、成功した遺伝子欠失の割合は、50%以上がこの戦略の貴重な遺伝子破壊システム作りに到達することができます。黒穂菌ウスチラゴmaydisは 、このような効率的な相同recombinatを示す真核生物のモデル微生物でありますイオン。その約6,900の遺伝子のうち、多くは、機能的欠失変異体を利用して特徴づけされており、遺伝子の本質的な機能で遺伝子置換試行点の失敗を繰り返しました。蛍光マーカーまたは予測ドメインの変異とタギングによる遺伝子機能のその後の特徴付けはまた、相同組換えを介したDNA交換に依存しています。ここでは、Uを発表します最も簡単な例を用いて詳細に歪み生成戦略、遺伝子欠失をmaydis。
ウスチラゴmaydisは何十年も1,2のために広く研究されてきた植物病原性のモデル菌です。それは2つの形態、酵母様、非病原性ステージと糸状、感染型3内に存在します。このような相同組換えおよびDNA修復機構としてユニバーサル画期的な発見は、この菌4の酵母様成長段階で行われました。また、感染症のための重要な感染性フィラメントと病原性因子への形態学的スイッチは5,6を十分に特徴づけされています。このスマット菌の生物学と病原性についての増加分子の知識は、優れたゲノムアノテーション10と使用して、逆遺伝学の容易さ、 例えば 、当研究所ではよく組織プラスミドコレクション(HTTPでサポートされている簡単な遺伝子置換戦略7-9に依存しています://www.mikrobiologie.hhu.de/ustilago-community.html)。トウモロコシの中で標準化され、急速な感染アッセイeedlingsは、病原因子11の詳細な研究を可能にします。
U.のゲノムmaydisは、約6900の遺伝子10が含まれています 。その機能を研究するために、それらが原因で、効率的な相同組換え系を個別にまたは組み合わせて削除することができます。完全に相同末端を含む約1キロバイトの隣接領域は、相同組換え率50%より多くのための理想的ですが、すでに非相同末端を有する250bpのは、構造9の正しい統合をある程度可能にします。現在、5異なる耐性カセット、ハイグロマイシン、カルボキシン、ヌーセオスリシン、G418およびフレオマイシンに対する耐性を仲介hygR、cbxR、NATR、G418R、およびphleoRは 、形質転換体7,9を選択するために使用されています。また、ハイグロマイシン耐性、異種FLPリコンビナーゼ12の一過性発現によって除去することができる再利用可能なカセット(FRT-hygR)に開発されています。これは、耐性カセットの除去とそれによって理論的には無限の遺伝的改変を可能にします。フレオマイシン新しいカセットと、リサイクルhygRカセット特にphleoRの使用が減少されるように、13変異原性です。四重変異体は、このように他の4つのカセットを使用して生成することができますが、五重変異体について、FRT-hygRシステムは、14をお勧めします。
この一般的な遺伝子欠失戦略は成功し、このようなSporisoriumのreilianum 15、Uのような他の黒穂菌類に転送されましたhordei 16、またはU.エスクレンタ 17したがって、効率的な相同組換えシステムとまだ遺伝的難治生物におけるさらなる応用の可能性を提供しています。関与する遺伝子の欠失によって例示されるようにまた、相同組換えを欠く生物が遺伝子操作を改善するために修飾することができる非相同エンD-参加アカパンカビ 18,19インチ
ここでは、Uのための公開された遺伝子欠失戦略を説明します候補者の迅速かつ正確な検証を中心とした実験的な詳細に7,9を maydis。例として、我々は真菌キチナーゼを使用して、単一変異体の生成だけでなく、複数の欠失株20,21を示しています。彼らは剛性の細胞壁にキチンに作用するためのキチナーゼは、興味深い例です。細胞壁リモデリングは、細胞分裂、糸状成長へのスイッチ、および胞子形成の間に形態学的変化のために必要とされます。従って、欠失変異体でライフサイクル全体の表現型が期待できます。
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削除構築物の1世代
プロトプラストの調製
注:電子のすべての時間中に無菌状態を保ちますxperiment。細胞壁は、細胞膜への分子のアクセスを制限する強い保護バリアです。欠失構築物を含むDNAの取り込みを可能にするために、細胞壁はプロトプラスト反応において細胞壁分解酵素により除去する必要があります。プロトプラストの調製における重要なステップは、媒体の1)浸透圧安定化され、2)プロトプラストに機械的ストレスを避けること。
Uの3変容maydis
注:Uの転換maydisプロトプラストは、技術的に簡単で、特別な装置を必要としないエレクトロポレーションまたは微粒子銃形質転換に反対であるポリエチレングリコール(PEG)媒介形質転換方法に依存しています。
正しい削除イベントの4検証
注:変異は、三段階の手順で確認している( 図1)。まず、遺伝子の野生型コピーが含まれている候補者は、PCRによって除外されています。第二に、遺伝子座への耐性カセットの組み込みは、PCRによって確認されます。第三に、唯一の所望の軌跡への耐性カセットの組み込みは、サザンブロット分析によって確認されます。慎重な歪みの検証がESSEです変異体の表現型は本当に削除と相関するように、ntial。
5.微視的表現型
6.感染アッセイ
注:苗感染アッセイは、本誌11で、以前に可視化されています。これは、いずれかのそのようなSG200 10として、または両方の突然変異を運ぶ互換交配パートナーを混合して半数体、solopathogenic株バックグラウンドを使用して行うことができます。
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U.でエンコードされたすべての4キチン分解遺伝子に対する欠失構築maydisゲノムはCTS1の削除のためにhygRカセットを使用して、ゴールデンゲートクローニングによって生成された、NATR CTS2の削除のため、CTS3の削除とcts4 20の削除のcbxRためG418Rカセット 。遺伝子置換戦略の概要は、CTS3の欠失( 図1)が挙げられます。第キチン分解遺伝子とCTS1のシングルと二重変異体は、病原性におけるキチナーゼの役割の分析のための2つの異なる遺伝的背景に、同じ構築物で連続的に発生させました。二つの異なる系統の背景を使用した:AB33は、糸状の成長の誘導を可能にする病原23への第一歩、SG200は、急速な疾患のスコア10を可能に
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このプロトコルはU.で逆遺伝学的研究のための欠失変異体を生成する方法について説明しますmaydis。出発点は、それが以前に7,9を最適化したとして、目的遺伝子の約1開始の上流および終止コドンの下流キロバイトだけでなく、適切な耐性カセットの配列を含有するフランキング配列を含む欠失構築物であります。構築物は、個別に各遺伝子のために生成され、慎重に遺伝子を欠損する前にシーケンスエラーを検証する必要があります。フランクは、隣接遺伝子に到達または変異が調節要素を変更する場合脇腹における点突然変異は、特に、ゲノム配列中の不要な変化を引き起こす可能性があります。これは、すべての形質転換体に影響を与えるだろうし、所望の遺伝子の欠失とは無関係の表現型と副作用を引き起こす可能性があります。
削除戦略を計画する場合、予想される表現型は遺伝的背景を選択するように考慮しなければなりません。本発明の場合、AB33 23とSG200 10は、形態学的スイッチと植物感染において表現型のテストを可能にするために選ば...
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著者らは開示するものは何もない。
原稿の重要な読書のための博士ベネディクトSteutenに感謝します。キチナーゼ上のオリジナル作品は、博士はThorstenラングナーにより行いました。 VGの研究室は、植物科学優秀(CEPLAS、DFG EXC 1028)とBioSCのクラスタでサポートされている、KSの研究室ではBioSCによってサポートされています。 KBはBioSCによってサポートされています。 Bioeconomy科学センター(BioSC)の科学的な活動は財政NRW Strategieprojekt BioSC(第313 / 323-400-00213)の枠組みの中でイノベーション、科学・研究省によってサポートされていました。 LFはDFG国際研究研修グループ1525 iGRADplantの博士課程の交わりによってサポートされています。
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| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| アミノ安息香酸(遊離酸) | Sigma Aldrich | A-9878 | |
| Bacto agar | BD | 214010 | 、代わりに地元のサプライヤー |
| であるバクトペプトン | BD | 211677 | または地元のサプライヤー |
| であるバクト酵母抽出物を使用します | BD | 212750 | 、代わりに地元の |
| サプライヤーCaCl2*2H2O | Grüを使用します。ssing GmbH | 10234 | 、代わりに地元の |
| サプライヤーCa-Pantothenat(Hemi-Ca.塩) | Sigma Aldrich | P-2250 | |
| ボキシン を使用します。 | シグマアルドリッチ | 45371 | |
| カサミノ酸 | BD | 223050 | |
| Cholinchlorid | Sigma Aldrich | C-1879 | |
| クエン酸 | ChemSolute | 24,321,000 | 代替的には、地元のサプライヤー |
| CuSO4*5H2O | Fluka | 61240 | 代替的に地元のサプライヤー |
| D(+)スクロース | Roth | 4621.1 | 、地元のサプライヤーである |
| DNA分解遊離酸を使用します | シグマ-アルドリッチ | D-3159 | |
| EDTA | シグマアルドリッチ | E4378 | |
| FeCl3*6H2O | Grüssing GmbH | 10288 | 代替的には、地元のサプライヤー |
| Geneticin (G418) 二硫酸塩 | Sigma Aldrich | A1720 | |
| Trichoderma 溶解酵素 | Sigma Aldrich | L1412 | |
| D(+) Glucose | Caelo | 2580 | 代替的に地元のサプライヤー |
| Glycerin | フィッシャーケミカル | G065015 | は、代わりに地元の |
| サプライヤーH3BO3 | AppliChemA2940 | 危険物質を使用します。メーカーの安全上の注意を確認してください。 | |
| ヘパリンナトリウム塩 | Sigma Aldrich | H3393-50KU | |
| ハイグロマイシン B溶液 | Roth | 1287.2 | 危険物質 |
| KCl | VWR | 26764298 | 、または地元の |
| サプライヤーKH2PO4 | AppliChem | A3620 | を代わりに使用し、地元の |
| サプライヤーMgSO4水を含まない | Merck | 7487-88-9 | を含まないことが重要です。または、地元の |
| サプライヤーMnCl2*4H2O | AppliChem | A2087 | 地元のサプライヤーmyo-Inositol |
| Sigma Aldrich | I-5125 | ||
| Na2-EDTA*2H2O | AppliChem | A2937 | を代わりに地元のサプライヤーを使用してください |
| Na2MoO4*2H2O | Roth | 0274.2 | または、地元のサプライヤー |
| Na2SO4 | Grüssing GmbH | 12174 | は、地元のサプライヤー |
| NaCl | Fisher Chemical | S316060 | を使用し、地元のサプライヤー |
| NaOH | ChemSolute | 13,751,000 | を使用する代わりに、地元のサプライヤー |
| NH4NO3 | Roth | K299.1 | を使用し、地元のサプライヤー |
| であるニコチン酸 (遊離酸) | Sigma を使用します。Aldrich | N-4126 | |
| Nourseothricin二水素硫酸塩 | Werner BioAgents | 5,001,000 | |
| 栄養ブロス | Difco | の現地サプライヤー | |
| フェノール:クロロホルム:イソアミルアルコール (25:24:1) pH 6.7 | Sigma Aldrich | P3803 | 危険物質。メーカーの安全上の注意を確認してください。 |
| ポリエチレングリコール(PEG) | Sigma Aldrich | P-3640 | |
| Potassium acetate | AppliChem | 121479 代わりに地元のサプライヤーを使用 | |
| ピリドキシン(モノ塩酸) | Sigma Aldrich | P-9755 | |
| Riboflavin | シグマ アルドリッチ | R4500 | |
| RNaseA | シグマ アルドリッチ | R5503 | |
| SDS | Roth | Cn30.3 | 代わりに地元のサプライヤー |
| の小さなシリンジ | BD | 300300 | または地元のサプライヤー |
| 滅菌フィルター、22 & マイクロを使用します。m | VWR | 28145-477 | または、地元のサプライヤー |
| Sorbitol | Roth | 6213.1 | を使用する代わりに、地元のサプライヤー |
| であるチアミン - 塩酸塩 | Serva | 36020.02 | を使用する代わりに、地元のサプライヤー |
| である tri-Na-Citrate | Fisher Chemical | S332060 | を使用し、または地元のサプライヤー |
| である Tris- (ヒドロキシメチル) アミノメタン | VWR | を使用します103156X | は、地元のサプライヤー |
| であるTris hydrochloride | Roth | 9090.4 | または地元のサプライヤー |
| であるTriton X-100 を使用します。 | セルヴァ | 37240 | 、代わりに地元の |
| サプライヤーZnCl2 | Fluka | 96470 | 代替的に地元のサプライヤーを使用します |
| 溶液の組成/材料の | 溶液の組成 | ||
| カルボキシン | ストック:メタノール中の5 mg / ml、最終濃度:2 & マイクロ;g/ml | ||
| CMプレート | 0.25 % (w/v) カサミノ酸、0.1 % (w/v) 酵母抽出物、1.0 % (v/v) ホリデイビタミン溶液、6.25 % (v/v);ホリデイ塩溶液、0.05 % (w/v) DNA degr.遊離酸、0.15 % (w/v) NH4NO3、2.0 % (w/v) バクト寒天;5 M NaOHを使用してpH 7.0に調整します。オートクレーブ後、1 % グルコースを添加します | ||
| ジェネチシン(G418) | ストック:H2O中の50 mg / ml、最終濃度:500 & micro;g/ml | ||
| HCl洗浄ガラスビーズ (0.35-0.45 mm) | ビーズを濃縮HCl (25 %, 7.8 M) で覆い、60分間インキュベートします。HClをデカントし(液体をデカントする)、ガラスビーズを3M HClで洗浄する(液体をデカントする)。.pHが7になるまで、ガラスビーズを二重蒸留H2Oで数回洗浄します(液体は黄緑色にならないはずです)。ガラスビーズを分注し、180°Cで乾燥させます。デカントされたHClは、廃棄する前に中和する必要があります。 | ||
| ヘパリン | ストック:15 mg / ml | ||
| ホリデイ塩溶液 | 16.0&パーミル;(w/v)KH2PO4、4.0 ‰(w/v)Na2SO4、8.0 & パーミル;(w/v)KCl、1.32 ‰(w/v)CaCl2*2H2O、8.0 ‰(v / v)微量元素、2.0およびパーミル。(w/v)MgSO<サブ>4;滅菌濾液 | ||
| Hollidayビタミン溶液 | 0.1&パーミル;(w/v)チアミン、0.05‰(w/v)リボフラビン、0.05‰(w/v)ピリドキシン、0.2‰(w/v)Ca-Pantothenat、(0.05‰(w/v)アミノ安息香酸、0.2‰(w/v)ニコチン酸、0.2‰(w/v)コリンクロリド、1.0‰(w / v)ミオイノシトール;-20°Cで保存できます。C | ||
| グロマイシン | ストック:PBS中50mg / ml、最終濃度:200&マイクロ;g / ml | ||
| ヌーセオトリシン | ストック:H < sub >2 < / sub>O中の200 mg / ml、最終濃度:150 & micro;g/ml | ||
| NSY-グリセロール培地 | 0.8 % (w/v) 栄養ブロス、0.1 % (w/v) 酵母抽出物、0.5 % (w/v) ショ糖、 80.0 % (v/v) 87% グリセリン (f.c. 69.6%) | ||
| RegLight | 1.0% (w/v) 酵母抽出物 0.4% (w/v) バクトペプトン, 0.4% (w/v) スクロース, 18.22% (w/v) ソルビトール, 1.5% (w/v) 寒天 | ||
| SCS, pH 5.8 | 溶液 1: 20 mM トリ-Na-クエン酸塩、1 M ソルビトール; 溶出液 2: 20 mM クエン酸、1 M ソルビトール、pH 5.8 に達するまで溶液 2 を溶液 1 に加える; オートクレーブ | ||
| STC, pH 8 | 1 M ソルビトール、10 mM Tris-HCl pH 7.5、100 mM CaCl2; 無菌 | ||
| STC/PEG | 40 % (v/v) PEG STC バッファー中 | ||
| TEバッファー、pH 8 | 1.31 mM Tris-Base、8.69 mM Tris-HCl、10 mM Na2-EDTA*2H2O | ||
| TE/RNase | 10 & micro;TEバッファー中のg / ml RNaseA | ||
| 微量元素 | 0.06‰(w/v)H3BO3, 0.14‰(w/v)MnCl*4H2O, 0.4 & パーミル;(w/v)ZnCl2、0.4 ‰(w/v)Na2MoO4*H2O:2, 0.1 & パーミル;(w/v)FeCl3*6H2O、0.04‰(w/v)CuSO4*5H2O | ||
| Trichoderma 溶解酵素溶液 | 12.5 mg/ml SCS; 無菌ろ過;使用直前に調製 | ||
| Tris-HCl pH 7.5 | 806 mM Tris-HCl, 194 mM Tris-Base; pH を確認し、必要に応じてHClで調整; オートクレーブ | ||
| Usti-lysis 緩衝液 1, pH 8 | 10 mM Tris-HCl(pH 8.0)、10 mM NaCl、1%(w/v)SDS、2%(v/v)TritonX-100、1 mM EDTA。pHメーターを使用してpHを測定しないでください。 | ||
| Usti-lysis buffer 2 | mix Usti lysis buffer 1 with 1x TE in a ratio at 1:1 | ||
| YEPS-Light medium | 1.0% (w/v) 酵母抽出物、0.4% (w/v) バクトペプトン、0.4% (w/v) スクロース、プレート用: 1.5% (w/v) バクト寒天 |
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